วันจันทร์ที่ 22 ตุลาคม พ.ศ. 2561
บริการข่าวไทยรัฐLogin
อัศจรรย์ความลับของสมอง

อัศจรรย์ความลับของสมอง

  • Share:

แวน เวดีนลูบเคราพลางโน้มตัวไปที่จอคอมพิวเตอร์เพื่อไล่ดูไฟล์ข้อมูล เรานั่งกันอยู่ในห้องสมุดที่รายล้อมไปด้วยกล่องจดหมายเก่าคร่ำคร่า วารสารทางวิทยาศาสตร์ และเครื่องฉายสไลด์เก่าๆ

“ขอหาไฟล์ข้อมูลสมองของคุณสักแป๊บนะครับ” เขาบอก

ในฮาร์ดดิสก์ของเวดีนมีข้อมูลของสมองหลายร้อยตัวอย่างที่เก็บไว้ในรูปภาพสามมิติสวยงาม มีทั้งสมองลิง หนู และมนุษย์ รวมถึงสมองของผมด้วย  เวดีนเชิญให้ผมเดินทางท่องไปในศีรษะของตัวเอง

“เราจะไปชม  ‘สถานที่ท่องเที่ยว’ ยอดนิยมทุกจุดเลยครับ”  เขาสัญญาพร้อมรอยยิ้ม

นี่เป็นการเดินทางมายังศูนย์มาติโนส์สำหรับการสร้างภาพทางชีวการแพทย์ (Martinos Center for Biomedical Imaging) ครั้งที่สองของผม  หลังมาเยือนครั้งแรกเมื่อสองสามสัปดาห์ก่อน ในห้องสแกน ผมนอนบนแท่นพื้นแข็ง  ด้านหลังของศีรษะวางลงบนกล่องพลาสติกเปิดฝา รังสีแพทย์นำอุปกรณ์หน้าตาคล้ายหมวกกันน็อกพลาสติกสีขาววางครอบลงบนใบหน้าผมผมมองผ่านช่องเปิดตรงดวงตาทั้งสองข้าง  ขณะที่เขาขันสกรูยึดหมวกให้แน่น เพื่อให้เสาอากาศขนาดจิ๋ว 96 ตัวที่อยู่ด้านในเข้าใกล้สมองผมมากที่สุดเพื่อรับคลื่นวิทยุที่สมองส่งออกมาได้ ขณะที่แท่นเลื่อนเข้าไปในช่องทรงกระบอกของเครื่องสแกน

แม่เหล็กที่อยู่รอบตัวผมเริ่มส่งเสียงครางต่ำๆ แทรกด้วยเสียงแหลมเล็กสั้นๆ ผมต้องนอนนิ่งๆ นานร่วมชั่วโมง หลับตา และสงบสติอารมณ์  ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายเลย เวดีนและทีมงานออกแบบอุปกรณ์ให้พอดีกับรูปร่างของคนทั่วไป ผมจึงแทบขยับตัวไม่ได้  และพยายามข่มความกลัวด้วยการหายใจเข้าออกช้าๆ และปล่อยตัวเองให้ดำดิ่งสู่ห้วงแห่งความทรงจำ ชั่วขณะหนึ่ง ผมนึกถึงตอนเดินลุยหิมะหนาเพื่อส่งลูกสาววัยเก้าขวบไปโรงเรียน

 

ระหว่างที่นอนอยู่นั้น ผมนึกถึงความจริงที่ว่า ความคิดและอารมณ์ทั้งหลายเหล่านี้ล้วนเกิดจากการสร้างสรรค์ของก้อนเนื้อหนัก 1.4 กิโลกรัม ที่กำลังได้รับการวิเคราะห์ ความกลัวของผมถูกส่งผ่านด้วยสัญญาณไฟฟ้าในเนื้อเยื่อสมองรูปร่างเหมือนถั่วอัลมอนด์ชื่อ อะมิกดาลา ส่วนการตอบสนองที่ทำให้จิตใจสงบลงเมื่อเกิดความกลัวมาจากกิจกรรมในสมองกลีบหน้า ความจำเรื่องการเดินไปส่งลูกสาวเกิดจากการทำงานของกลุ่มเซลล์ประสาทที่รวมตัวกันเป็นรูปร่างเหมือนม้าน้ำ เรียกว่า ฮิปโปแคมปัส

ผมให้ความร่วมมือกับการทดลองครั้งนี้ เพื่อร่วมบันทึกเหตุการณ์ที่เรียกได้ว่าเป็นการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ครั้งสำคัญครั้งหนึ่งในยุคของเรา นั่นคือความก้าวหน้าอันน่าทึ่งในการทำความเข้าใจการทำงานของสมองมนุษย์ นักประสาทวิทยาศาสตร์บางคนมุ่งเน้นศึกษาโครงสร้างอันละเอียดอ่อนของเซลล์ประสาทแต่ละชนิด

ขณะที่คนอื่นๆ กำลังสร้างแผนที่ทางชีวเคมีของสมองเป็นครั้งแรกโดยสำรวจว่า เซลล์ประสาทนับพันๆล้านเซลล์สร้างและใช้งานโปรตีนหลายพันชนิดอย่างไร แล้วยังมีคนอื่นๆ อย่างเวดีน กำลังสร้างภาพที่แสดงรายละเอียดการเชื่อมต่อภายในสมองอย่างที่ไม่เคยมีใครทำมาก่อน อันได้แก่เครือข่ายเส้นใยประสาทความยาวรวมกันประมาณ 160,000 กิโลเมตรที่มีชื่อเรียกรวมกันว่าเนื้อขาว (white matter) ซึ่งเชื่อมต่อส่วนต่างๆ ของจิตใจ และก่อเกิดทุกสิ่งทุกอย่างที่เราคิด รู้สึก และรับรู้ เมื่อนักวิทยาศาสตร์เห็นการทำงานของสมอง พวกเขาก็จะมองเห็นความบกพร่องด้วยเช่นกัน นักวิทยาศาสตร์เพิ่งเริ่มระบุความแตกต่างในสมองของคนทั่วไปกับสมองของผู้ป่วยโรคจิตเภท โรคออทิซึม และโรคอัลไซเมอร์ เป็นต้น  เมื่อสามารถทำแผนที่สมองที่มีความละเอียดมากขึ้น พวกเขาอาจเรียนรู้การวินิจฉัยความผิดปกติต่างๆ โดยดูจากผลกระทบทางกายวิภาค หรือแม้กระทั่งทราบถึงสาเหตุของความผิดปกติเหล่านั้นก็เป็นได้

เวดีนหาภาพที่ได้จากการสแกนสมองของผมพบในที่สุด ภาพสมองปรากฏขึ้นบนจอ เวดีนใช้วิธีการที่เรียกว่า การสร้างภาพด้วยวิธีดิฟฟิวชั่นสเปกตรัม (diffusion spectrum imaging: DSI) ซึ่งจะเปลี่ยนสัญญาณวิทยุที่ส่งออกมาจากเนื้อขาวให้เป็นแผนที่เครือข่ายระบบเส้นใยประสาทความละเอียดสูง เครื่องสแกนวาดแผนที่ของกลุ่มมัดเส้นใยประสาทที่ก่อตัวขึ้นเป็นวิถีประสาทนับแสนๆ เส้นทาง ซึ่งส่งข้อมูลจากสมองส่วนหนึ่งของผมไปยังอีกส่วนหนึ่ง เวดีนกำหนดรหัสสีของแต่ละเส้นทางด้วยสีต่างๆ ภาพสมองของผมจึงเต็มไปด้วยเส้นสายบางเบาหลากสีสัน

เวดีนพุ่งเป้าไปที่วิถีประสาทบางวิถี โดยแสดงให้ผมเห็นวิถีประสาทที่มีความสำคัญต่อภาษาและความคิดอ่านต่างๆ จากนั้น เขาก็ลบภาพวิถีประสาทส่วนใหญ่ในสมองผมจากหน้าจอ ผมจึงเห็นโครงสร้างของวิถีประสาทได้ง่ายขึ้น และเมื่อเขาขยายภาพให้ใหญ่ขึ้น สิ่งน่าทึ่งก็ปรากฏแก่สายตาผม เพราะแทนที่วงจรประสาทจะดูสลับซับซ้อนยุ่งเหยิง พวกมันกลับตัดไขว้กันเป็นมุมฉากเหมือนเส้นตรงที่อยู่ในกระดาษกราฟไม่มีผิด

“ดูเหมือนตารางไหมล่ะ” เวดีนบอก

ตอนที่เวดีนแสดงโครงสร้างตารางของสมองเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2012 นักวิทยาศาสตร์บางคนสงสัยว่า สิ่งที่เขาค้นพบเป็นเพียงส่วนหนึ่งของกายวิภาคสมองอันสลับซับซ้อน แต่เวดีนมั่นใจมากกว่าที่เคยว่า รูปแบบดังกล่าวต้องมีนัยสำคัญ ไม่ว่าเขาจะศึกษาสมองของมนุษย์ ลิง หรือ หนู เขาล้วนพบตารางเหล่านี้  เป็นไปได้ว่า ความคิดของเราเคลื่อนที่ไปในลักษณะเหมือนกับรถรางที่วิ่งไปตามเส้นทางของเนื้อขาวเหล่านี้  ขณะที่สัญญาณประสาทเดินทางจากบริเวณหนึ่งของสมองไปยังอีกบริเวณหนึ่ง

“โครงสร้างตารางต้องมีความสำคัญในการทำงานของสมองอย่างแน่นอน” เวดีนกล่าวขณะจ้องมองภาพสแกนสมองของผม “เพียงแต่เรายังศึกษาไม่มากพอที่จะเข้าใจความเรียบง่ายเหล่านั้นครับ”


อีกด้านหนึ่ง เจฟ ลิกต์แมน นักประสาทวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด และเพื่อนร่วมงานกำลังสร้างภาพสามมิติ ที่มีรายละเอียดสูงมากของเซลล์ประสาท ซึ่งอาจช่วยให้พวกเขาพบคำตอบของคำถามพื้นฐานสำคัญที่สุดบางประการเกี่ยวกับธรรมชาติของสมอง

 

ในการสร้างภาพดังกล่าว ลิกต์แมนและทีมงานนำชิ้นส่วนสมองหนูที่รักษาสภาพไว้ไปแล่ด้วยเครื่องตัดชิ้นเนื้อเยื่อทางประสาทกายวิภาคศาสตร์ จากนั้นจึงใช้กล้องจุลทรรศนอิเล็กตรอนถ่ายภาพภาคตัดขวางของชิ้นเนื้อแต่ละชิ้น แล้วใช้คอมพิวเตอร์เรียงลำดับภาพที่ได้ให้กลับเป็นสมองอีกครั้ง ภาพสามมิติค่อยๆ เป็นรูปเป็นร่างอย่างช้าๆ จนนักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาได้

“โครงสร้างทั้งหมดของสมองได้รับการเปิดเผยแล้วครับ” ลิกต์แมน กล่าว

ปัญหาประการเดียวคือ นักวิทยาศาสตร์มีข้อมูลมากมายมหาศาลที่ได้จาก “โครงสร้างทั้งหมด” จนถึงตอนนี้ชิ้นส่วนสมองหนูที่ใหญ่ที่สุดที่ลิกต์แมนและคณะสามารถนำมาสร้างภาพขึ้นใหม่มีขนาดเพียงแค่เม็ดเกลือ แต่ข้อมูลที่ได้กลับมีขนาดถึงหนึ่งร้อยเทระไบต์ หรือเทียบเท่าภาพยนต์ความชัดสูง 25,000 เรื่อง หลังจากนักวิทยาศาสตร์รวบรวมข้อมูลดังกล่าวแล้วงานอันแสนหนักหน่วงจึงเริ่มขึ้นนั่นคือการค้นหากฎเกณฑ์หรือเหตุผลที่อยู่เบื้องหลังโครงสร้างอันสับสนวุ่นวายของสมองเมื่อไม่นานมานี้

นารายานัน กัษฐุรี นักวิจัยหลังปริญญาเอก ในการดูแลของลิกต์แมน เริ่มต้นโครงการวิจัยเพื่อวิเคราะห์รายละเอียดทั้งหมดในเนื้อเยื่อรูปทรงกระบอกของสมองหนู ซึ่งมีขนาดเพียงหนึ่งพันลูกบาศก์ไมครอน หรือคิดเป็นปริมาตรเทียบเท่าหนึ่งในแสนของเม็ดเกลือ เขาเลือกบริเวณหนึ่งของสมองและมองหาเซลล์ประสาททุกเซลล์ที่วิ่งผ่านบริเวณนั้นชิ้นส่วนเนื้อเยื่อสมองขนาดเล็กจิ๋วชิ้นนั้น กลับกลายเป็นเหมือนถังที่มีงูยั้วเยี้ยเต็มไปหมด กัษฐุรีพบใยประสาท ขาออก 1,000 เส้นและใยประสาทขาเข้าอีกประมาณ 80 เส้น ซึ่งทำให้เกิดการเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทอื่นๆ 600 จุดในชิ้นเนื้อทรงกระบอกนั้น “สิ่งนี้ทำให้เราตระหนักว่า สมองสลับซับซ้อนกว่าที่เราคิดไว้มากครับ” ลิกต์แมนบอก

แม้จะสลับซับซ้อน แต่กลับเป็นระเบียบ ลิกต์แมนและกัษฐุรีค้นพบว่า  เซลล์ประสาททุกเซลล์เกือบจะเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทเพียงเซลล์เดียว และไม่เชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทที่อัดแน่นอยู่โดยรอบอย่างน่าทึ่ง ลิกต์แมนบอกว่า “เซลล์ประสาทเหมือนจะเลือกว่า  มันจะเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทเซลล์ไหนครับ”

แต่ลิกต์แมนยังบอกไม่ได้ว่า รูปแบบนี้พบได้ทั่วทั้งสมอง หรือเป็นลักษณะเฉพาะของบริเวณเล็กๆ ในสมองหนูที่เขาศึกษาและต้องใช้เวลาอีกสองปีกว่าจะสแกนเซลล์ประสาท 70 ล้านเซลล์ในสมองหนูได้ทั้งหมด  ผมถามเขาเกี่ยวกับการสแกนสมองมนุษย์ทั้งก้อนซึ่งมีเซลล์ประสาทมากกว่าของหนูถึงพันเท่า

“ผมยังไม่คิดถึงเรื่องนั้นหรอก” เขาพูดพลางหัวเราะ “แค่คิดก็ปวดใจแล้วครับ”

เรื่อง คาร์ล ซิมเมอร์ ถ่ายภาพ โรเบิร์ต คลาร์ก ข้อมูลจากเนชั่นแนลจีโอกราฟฟิก ฉบับภาษาไทย

คุณอาจสนใจข่าวนี้

คุณอาจสนใจข่าวนี้